Электрофотографический элемент

 

О П И С А Н И Е () 4wsis

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Зависимый от патента (22) Заявлено 25. 02. 71 (21) 1625813/23-4 (51) М. Кл. 03д 5/06 (32) Приоритет (31) (33)

Опубликовано 05.11 74, Бюллетень № 41

Государстоеииый комитет

Совета Мииистроа СССР оо делам иааоретеиий и открытий (53) УДК 772. 932(088.8) Дата опубликования описания 19 04 75 (72) Авторы Иностранцы изобретения Пауль Джером Регенсбургер и Джеймз Джозеф Лкубовски (США) Иностранная фирма

"Ксерокс Корпорейшн" (США) (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКИИ ЭЛЕМЕНТ

2 не поглошает излучение с длиной волны

4000-6500 А .

Изобретение относится к ксерографии, в частности к электрофотографическому элементу.

Известен электрофотографический элемент с фоторецепторным компонентом, содержа- 5 щим совместимые фоточувствительный и активный транспортирующий материалы.

К недостаткам известного электрофотографического элемента относятся значительный износ, низкое сопротивление к действию химических реагентов и тепла и световая усталость, приводящая к ухудшению электрических характеристик фотопроводяшего слоя и появлению дефектов поверхности. 15

Uence изобретения - повышение сопротивления к износу, химическому воздействию и световой усталости и увеличение эффективной инжекции фотогенерированных зарядов из фоточувствительного материала 20 — достигается тем, что в качестве фоточувствительного материала используют бисбензимидазольный пигмент, а в качестве активного транспортирующего материалатранспортирующнй заряд материал, который

Желательно, чтобы фоторецепторный компонент содержал бисбензимидазольный пигмент, диспергированный в активном связующем транспортирующем материале, и имел слоистую структуру, содержашую слой бисбензимидазольного пигмента и расположенный над ним слой из активного транспортирующего материала.

Толщина простого слоя бисбензимидазольного пигмента обычно составляет

О,05 — 20 мк, а толщина активного транспортирующего слоя 5 - 100 мк.

Отношение толщины слоя активного транспортирующего материала к толщине слоя фотопроводника чаще всего находится в интервале 2: 1 - 200: 1.

Бисбензимидазольный пигмент можно получить при взаимодействии 1,4,5,8нафталинтетракарбоновой кислоты с ариленили гетероциклическим диамином.

В качестве бисбензимидазольного пигмента могут быть использованы цис — и

449515 транс-изомеры продукта реакции 1,4,5,8 нафталинтетракарбоновой кислоты с офенилендиамином.

Примером активного транспортирующего материала могут служить транспортирующие дырки материалы, например карбазол, Щ - алкилкарбазол, такой, как

Щ - этил» или Щ -изопропилкарбазол, N — фенилкарбазол, тетрафенилпирен, 1-! алкилпирен, такой, как 1-метил- или 1этилпирен, перилен, хризен, антрацен,тетрацен, тетрафен, флуорен, флуоренон, фени- линдол, поливинилкарбазол, поливинилпирен, 2-фенилнафталин, аэапирен, ацетилпирен, 2,3-бензохриэен, 3,4-бензопирен, 1,4-бром, пирен, поливинилтетрален, поливинилперилен и поливинилтетрафен, а также транспортирующие электроны материалы, например 2,4,7-, тринитро-9-флуоренон, 2,4,5-7»тетранитро-.

I флуоренон, динитроантрацен, динитроакридин„ тетрацианпирен, динитроантрахинон и поли- мерные материалы на их основе, например полиэфиры, полисилоксаны, полиамиды, полиуретаны, эпоксиды, блок-, графт- или неупорядоченные сополи меры.

Предлагаемый электрофотографи ческий элемент, содержащий пигмент и активный транспортирующий материал, способный поддерживать инжекцию и транспортировку фотогенерированных зарядов, обладает высокой эффективностью фотогенерирования носителей заряда и способностью к инжекции г зарядов в транспортирующий материал.

Используемые пигменты обладают ма ксимальной чувствительностью к излучениям с такой длиной волны, для которой активный транспортирующий материал является существенно прозрачным. Активный транспортирующий материал должен поддерживать инжекцию дырок или электронов и не должен поглощать излучение с такой длиной волны, к которой чувствителен фотопроводник.

Пары электрон-дырка генерируются фоточувствительным пигментом, затем электроны вводятся в активный транспортирующий материал и транспортируются через него.

Для изготовления чувствительных ксерографических или электрофотографических элементов применяют бисбензимидаэольные пигменты в сочетании с активными электростатическими материалами, способными транспортировать дырки или электроны.

Бпсбенэимидаэольные пигменты эффективны прн сочетании с транспортирующими электроны материалами. Наиболее пригодными являются получаемые известным . способом бисбеизимидазолы обшей формулы

"|, / i,IRAN„ транс - и зомер"

0 O

// цис-изомер

15 где R. u It — одинаковые или разные, алкил, замешенный алкил, арил, замешенный арил, гапоид, нитро- и/или амииогруппа; Я = 1-4, или Я. и Я, 1 . 2 р0 вместе образуют конденсированный арол атический цикл, например бензольное, нафталиновое или хинолиновое кольцо.

Оттенок или тон композиций и спектраль,ная чувствительность зависят от строения

25 используемых пигментов, причем незаме: щенные цис- и транс- изомеры бисбензими! дазольных пигментов дают оптимальные результаты.

Помимо бисбенэимидаэольных пигментов

30 в композицию можно вводить сенсибилиза; торы, усилители, .синергисты или другие модификаторы.

Предлагаемые бисбензи мидазольные пигменты хорошо совмещаются с большинст35 вом активных транспортирующих материалов и обладают оптимальной чувствительностью к излучениям с длиной волны о 4000 — 6500 А, для которых активный

40 .транспортирующий материал должен быть достаточно прозрачен. В отличие от них многие известные фотопройодники плохо совмещаются с используемыми активными транспортирующими материалами и педоста45 точно эффективно инжектируют фотогенерированные заряды в окружающий или прилегающий активный транспортирующий матариал, В этом случае требуется использование поля порядка 5 . 105 в/см, что практически неприемлемо.

Предлагаемые пигменты л огут риманяться с транспортирующими материалал и

: в относительно небольших количествах в ксерографическом фоторецепторе либо слоистой структуры, либо структуры на основе связующего.

Предлагаемый электрофотографическнй элемент представляет собой электропрово449515

6500 Х, то экспонирование источником света с таким интервалом длин волн эмиссии вынуждает пигмент функциониро- вать с максимальной эффективностью в отношении поглощения падающего излу-. чения и выработки носителей зарядов.

Толщина активного трансйортируюшего слоя не является критической, но она определяется количеством электростатичер ских зарядов, необходимых для индуцирования полы, достаточного: для достижения

1 требуемой степени инжектирования и транспортирования электронов. Обычно она составляет 5-100 мк.

При использовании слоистой структуры (см.фиг.1) с прозрачной подложкой экспонирование можно осуществлять через ! подложку без пропускания света через слой активного транспортирующего материала. В этом случае не требуется, чтобы активный материал был непоглошающим в используемой области длин волн. В тех случаях, когда не требуется полной прозрачности от активного материала, можно использовать предлагаемый элемент для селективной записи узкополосного излучения, излучаемого, например, лазерами, распознавания спектральньгх картин, t цветового кодового дублирования и цветной

30 ксерографии.

Транспортирующий слой 3 может содержать также транспортирующий заряд материал, диспергированный в подходящем инертном связующем, таком, как полистирол, силиконовые смолы, поликарбонаты, полиакрилаты и поли- А — акрилаты, полибутилметакрилаты, полиэфиракрилаты и полиэфир-метакрилаты, хлоркаучук, виниловые полимеры и сополимеры (поливинилхлорид или поливинилацетат), эфиры целлюлозы, например этилцеллюлоза или нитроцеллюлоза, и алкидпые смолы, Кроме того, могут использоваться смеси таких смол, содержащие или не содержащие пластификаторы для ул у чшения адгезии и гибкости покрытий. дяшую подложку и слой фотопроводника, покрытый сверху активным транспортирующим материалом. Слой фотопроводника (транс-изомер незамещенного бисбензими дазольного пигмента) может быть покрыт, относительно толстым слоем электроноакцепторного материала, такого, как . 2,4,7-тринитро- 9-флуоренон, который способен поддерживать инжекцию и транопортирование электронов. Свойства пигментов и совместимость их с активным транопортирующим материалом позволяют использовать относительно тонкие слои из них без потери их эффективности.

На фиг. 1 изображен электрофотографический элемент, включающий жесткую или гибкую подложку 1 из металла (латунь, алюминий, золото, платина, сталь) любой толщины в виде листа, ленты или цилиндра, фотопроводящий одинарный слой 2, содержащий бисбензимидазольный пигмент, и достаточно прозрачный активный транспортирующий слой 3. из б

Подложка может быть также вьшолнена, из бумаги, металлизированной бумаги, лист в пластика, покрытых тонким слоем окиси меди или алюмидця, йли стекла, покрытого

< тонким слоем хрома или окиси олова. В некоторых случаях она может быть

;непроводящей или совсем отсутствовать.

Толщина фотопроводящего слоя 0,0520,0 мк. При толщине слоя больше 20мк ! увеличнвается содержание пигмента в слое, При толщине меньше 0,05 мк слои станови ся неэффективными в отношении поглощении излучения.

Обычно пигмент диспергируют в материале матрицы.

Материалом матрицы может быть любое подходящее органическое вещество, используемое для таких целей, включая инертные матричные или связующие материалы. Концентрация фотопроводника зависит от типа используемого связующего и обычно составляет 5 - 99% от объема фотопроводящего слоя, При использовании электроноинертного связующего материала в сочетании с пигментами для обеспечения контакта между частицами необходимо, чтоб ы объемное соотношение между фотопроводником и электроноинертным связующим материалом составляло по меньшей мере 259о. Наиболее пригодны слои толщиной О,2-О,5 мк.

Поскольку используемые пигменты обладают оптимальной чувствительностью к излучениям с длиной волны 4000На фиг. 2 изображен фоторецепто шый слой, состоящий из частиц пигмента 4, содержащихся в активной транспортирук щей матрице на основе связующего 5.

Оптимальные результаты получают при содержании фотопроводящего пигмента от О, 1 до 5% по отношению к объему активного транспортирую цего слоя па основе связующего.

Оптимальные результаты получают при толщине слоев 2-100 мк, предпочтительно

449515 Î мк, и раемерак феточуаотеительиьсс частиц 0,01-1,0 мк.

Несмотря на то, что слоистая структура (фиг.1) отличается от фоторецептора на основе связующего (фиг.2), функциональная связь между фоточувствительным и активным транспортирующим материаламй" является той же самой. Пластину на основе связующего заряжают зарядами того же знака, что и у генерируемых зарядов, которые могут транспортироваться активным транспортирующим материалом.

При использовании в качестве связующего материала, транспортирующего электроны, пластину заряжают отрицательно, при использовании материала, транспортирую- щего дырки, - положительно.

На границе раздела подложка-фоторе, цептор может быть помещен блокирующий слой, который служит прежде всего дня уменьшения утечки потенциала в отсутствие активируюшего излучения. Кроме того„ блокирующий слой помогает установлению электрического поля поперек фоторецеп тора после зарядки. Может быть использован любой подходящий блокирующий слой толщиной 0,1-1 мк, например слой из найлона, эпоксидной смолы, окиси алюми нияя и изолирующих смол различных типов I (включая иолистиролы, бутадиеновые полимеры и сополимеры, полиакрилаты и полиметакрилаты, виниловые и алкидные смолы и смоны на основе целлюлозы).

Удельное сопротивление, активного транспортирующего материала должно быть ио меньшей мере равно 1010ом см.

Дня получения оптимальных результатов полное удельное сопротивление фоторе цеитора в отсутствие активирующего излучения ини инжекции зарядов иэ фото- проводящих пигментов должно составлять

12

10 ом.см.

На фиг. 3 изображена заряженная положительно транспортирующая электроны слоистая структура. Активируюшее излучение (стрелки 6 ) проникает через проз рачный транспортирующий слой в пигментный слой, генерируя пару электрон-дырка.

Электрон и дырка затем разделяются в электрическом поле и электрон через границу раздела переходит в активный транспортирующий слой, в котором под действием электростатического притяжения продвигается к поверхности и нейтрализует там положительный заряд.

Так как только фотогенерированные электроны могут перемешаться в электроПример 1. Алюминиевую подложку покрывают при комнатной температуре слоем найлона толщиной О,2 мк.; напыляют в вакууме слой транс»изомера бисбензимида»

aorta (E dOfaSt Orange 7O er ) толщиной О,8 мк, наносят 17 /ный раствор поли- )4 - винилкарбазона в 180 г тонуола и 20 г циклогексанона до образования слоя толщиной 7 мк и сушат фоторецептор воздухом при 110 С в течение 2-24 час.

Пример 2. Аналогично примеру 1 изготовляют пластину, используя цис-изомер незамещенного бисбензимидаэона (SOP—

dGUL ЙЮ) в качестве пигмента.

Полученные пластины заряжают отрицательным коронным разрядом (до потенциала 500 в), экспонируют монохромати» ческим светом, соответствующим чувствительности каждого пигмента, используя вольфрамовую лампу с интерферениионным фильтром с шириной полосы 100 А и максимальным пропусканием ири 4500 А.

Начальное напряжение и результирующую разрядку, измеренные в виде f 1 — Q dT T регистрируют зондом постоянного тока, соединенным с электрометром дня измерения напряжений в виде функции времени. Иэ экспериментов получают ксерографический максимум ини коэффициент усиления (G ), и пороговое поле

Е (поле, которое дает наименьшую регйстрируемую разрядку). Из величины начальной скорости разрядки можно вычислить коэффициент усиления Q, вычерчивая кривую зависимости начального ксерографического коэффициента усиления

Q от величины приложенного поля и используя формулу:

45 ноакцепторном трвнспортируюшем слое, / то большие изменения величины поверх-ностного потенциала могут иметь место .только тогда, когда электрическое поле в слоистой структуре может вызвать перемещение генерированных электронов из фотопроводникового слоя к заряженной поверхности. Поэтому в слоистой структуре, (фиг.1) фоторецептор из транспортирую){} щего электроны материал должен бь ть заряжен положительно, а фоторецептор из транспортирующего дырки материала— ртрицательно. Противоположная картина имеет место, кегда используют слой на и основе связующего (фиг.2).

449515

10 (аусат). = О (eM/g) где 2 падающий пОтОк ФОтОнов;

Д, - толщина слоя; - диэлектрическая проницаемость;

Е - заряд электрона.

Ксерографическое усиление, равное единице, наблюдается при возбуждении одного носителя заряда на падающий фотон.

Результаты испытаний, приведенные в таблице, показывают, что обе пластины проявляют хороший ксерографический максимум усиления (свыше 35%); используемые пигменты требуют применения относительно низкого порогового поля (менее

2,5 в/мк), что позволяет эксплуатировать их в известных ксерографических машинах; высокие скорости разрядки подтверждают увеличение эффективной инжекции генерированных зарядов из слоя, содержащего бисбензимидаэольные пигменты. Рассеивание заряда на заряженных поверхностях графически иллюстрирует эффективность инжекции носителей заряда в активные транспортирующие слои каждой пластины.

Номер . . Еу (av/юЩ О примера нм — макс.. отр.

45 4 0,38 1, 1 1593, 454 О 37 2 5 3907

При проведении аналогичных экспериментов с транспортирующим электроны фоторецептором, содержащим предложенные пигменты, поверхность заряжают положительным зарядом и обнаруживают, что их ксерографические свойства подобны ксерографическим свойствам материалов, транспортирующих дырки (см.таблицу), т.е. они обладают приемлемыми ксерографическими коэффициентами усиления и относительно низкими пороговыми полями.

Предмет изобретения

1. Электрофотографический элемент, имеющий фоторецепторный компонент, содержащий совместимые фоточувствительный и активный транспортирующий материалы, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления к износу, химическому воздействию, световой усталости и увеличения эффективной инжекции фотогенерированных зарядов иэ фоточувствик тельного материала, в качестве последнего применен бисбензимидазольный пигмент, а ,в качестве активного транспортирующего материала - транспортирующий заряд материал, который не поглощает излучение

10 с длиной волны 4ррр

2. Элемент по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что фоторецепторный

1 компонент содержит бисбензимидазольный

",пигмент, диспергированныи в активном связующем транспортирующем материале.

3, Элемент по п.1, о т л и ч а ю,ш и и с я тем, что фоторецепторный

jKoMIloHBHT имеет слоистую структуру, со держащую слой бисбензимидазо. ьного

: пигмента и расположенный над ним слой из активного транспортирующего материала.

4. Элемент по пп.1-3, о т л и ч а ю- шийся тем, что простой слой бисбензи-i мидазольного пигмента имеет толщину

О,05-20 мк, а активный транспортирующий слой - толщину 5»100 мк.

5. Элемент по п.3 или п.4, о т л ич а ю шийся тем, что отношение толщины слоя активного транспортирующего материала к толщине слоя фотопроводника поддерживают в интервале 2; 1 — 200;1.

6. Элемент по пп.1-5, о т л и ч а юшийся тем, что бисбензимидазольный пигмент может быть получен при

40 взаимодействии 1,4,5,8»нафталинтетракарбоновой кислоты с арилен- или гетероциклическим диамином.

7. Элемент по п,6, о т л и ч а ю i ш и и с я тем, что в качестве бисбензимидазольного пигмента применен трансизомер продукта взаимодействия 1,4,5,8нафталинтетракарбоновой кислоты с О. ени лендиами ном.

8. Элемент по п.6, о т л и ч а юш и и с я тем, что в качестве бисбензими дазольного пигмента применен цис изомер

I продукта взаимодействия 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты с О-фенилендиа» мином.

449515

9. Элемент по пп.1-8, о т л и ч а ющ и и с н тем, что в качестве активного транспортируюшего материала применен транспортирующий дырки материал, например карбазол, I4 -алкилкарбазол (такой, как Я - этил- илиК-изопропилкарбаэол), Я -фенилкарбазол, тетрафенилпирен, 1-алкилпирен (такой, как 1-метилили 1-этилпирен), перилен, хризен, антрацен, тетрацен, тетрафен, флуорен, флуоренон, фенилиндол, поливинилкарбаэол, поливинилпирен, 2 фенилнафталин, азапирен, Ф

12 ацетилпирен, 2,Р-бензохризен, 3 4-бензопирен, 1,4.-бромпирен, поливиниптетрален, поливинилперилен и поливинилтетрафен.

10. Элемент по пп,1-8, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что в качестве активного транспортирующего материала применен транспортирующий электроны материал, например 2,4,7 -тринитро-9-флуоренон,. 2,4,5,7-тетранитрофлуоренон, динитрощ антрацен, динитроакридин, тетрацианпи« рен, динитроантрахинон и полимерные материалы на их основе.

И8.

Составитель

П.Абраменко

Редактор Т.lllapraaoaa Техред корректоры: H.Ó÷aêèía

И.Карандашова заказ,(фф5 изл. Ih/Îá Тираж ©9

Подписное

ЦНИИ11И Государственного комитета Совета Министров СССР

IIo делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

Предприятие «11атент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24